提示×
系统公告
panel标题
提示主题内容
关闭验证

人机验证

拖动滑块使图片为正

图片加载中...
刷新验证刷新

搜索历史

    头豹小程序头豹小程序
    联系我们头豹客服
    头豹公众号头豹公众号
    文字纠错
    欢迎来到
    头豹LeadLeo
    注册后,开启专业之旅
      6000+独家行研报告
      1,000,000+行研中间件
      涵盖3000+细分赛道
      500,000+自有专家库
      数、图、表一键搜索,
      在线阅读,下载报告
    免费扫码注册登录
    全站报告畅读
    (独家版除外)
    服务号二维码
    二维码已失效,点击 重新获取
    微信扫码 关注公众号立即注册登录
    补全个人信息×
    完善个人信息即可免费获赠50头豹点
    (可用于兑换全站报告、数图表等)
    • 上传名片补全
    • 手动补全

    相册选择

    图片上传大小不能超过5MB

    性别:
    行业:
    接受通过邮件、短信等形式向我推送优质订阅信息内容
    引用授权说明:

    本报告或文章可用于微博、微信公众号、新闻网站等一般性转载,或用于企业的公开市场宣传,或用于企业投融资咨询、上市咨询等用途。这些引用可能是免费的,也可能产生额外的授权费用,头豹将根据您的引用需求向报告或文章发布者取得相应授权,并派专人与您进一步联系。

    请务必如实填写引用需求并按授权范围使用本报告或文章,如头豹发现您最终的引用目的超出所引用需求相应的授权范围,头豹有权要求您停止引用并就头豹因此遭受的损失追究您相应的法律责任。

    分享邮箱:

    解密大脑活动,脑磁图引领脑科学研究新热点

    立即收藏

    解密大脑活动,脑磁图引领脑科学研究新热点

    48
    提示
    您是否想更快速、便捷地将数据图表直接导入到文档中?使用头豹助手office插件,一键导入,灵活办公,高效开启!
    不再提示

    人类一直致力于破解大脑功能的奥秘,而人脑由数百亿神经元相互连接构成,神经通路错综复杂,生命及认知科学研究面临巨大挑战。近年来,脑磁图(Magnetoencephalography,MEG)在脑科学领域应用获得持续关注。

     

    MEG具有哪些特点?可以用于哪些领域?本文将从技术发展、应用价值、行业玩家等维度展开分析,解密这种反演脑功能的尖端技术。

     

    一、脑磁技术大有可为,将成为辅助诊断脑科疾病的精兵利器

     

    01 脑成像技术多维发展,推动脑功能研究深入

    大脑活动规律的研究依赖于各种观察大脑的仪器和成像技术。目前,主要的脑成像技术可以分为结构像技术和功能像技术两类。

     

    结构像技术:指直接对大脑结构进行可视化、反映大脑解剖结构的成像技术。主要的结构像技术包括电子计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)等。

     

    功能像技术:通过测量大脑的脑电/脑磁、血流、氧耗、神经递质等信息来间接观测大脑功能的技术。功能像技术包括脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)、正电子发射成像(PET)、光子发射型计算机断层成像(SPET)、功能磁共振成像(fMRI)、功能性近红外光谱成像(fNIRS)等。

     

    02 脑成像技术各有千秋,临床应用各有侧重

    不同脑成像技术各具特点,CT、MRI等结构像技术多用于诊断肿瘤、脑血管病变等大脑结构发生改变的疾病;功能像技术如EEG在癫痫等神经疾病领域具有重要作用,PET可敏锐识别未占位的恶性肿瘤,fMRI和fNIRS多被应用于大脑功能定位和认知心理学等领域。

     

    MEG作为一种功能像技术,通过在颅外检测脑部磁场信号,可识别定位大脑的视觉、听觉、躯体感觉和运动皮质区域,判断大脑各脑区功能连接的强弱及模式。MEG兼具高时间分辨率(0.001s)和空间分辨率(2-5mm),并对人体无创、无辐射,是现阶段脑成像领域最尖端的技术之一。

    图:不同脑成像技术特点概览

    资料来源:公开信息,沙利文分析

     

    二、脑磁图在神经、精神等疾病领域有独特应用优势,临床及科研应用领域广阔,市场潜力不可小觑

     

    01 脑磁图与其他脑成像技术互补,提升疾病诊断精准性

    MEG作为一种新兴的脑成像技术,主要临床应用领域为神经系统疾病、精神疾病等场景。MEG凭借其优秀的时间分辨率及空间分辨率,在这些临床应用场景中具有不可替代的独特优势,更可与其他脑成像技术配合使用,进一步提升诊疗的精准性。

     

    1)MEG在神经系统疾病领域的应用

    MEG凭借其成像特点,在癫痫、脑肿瘤、脑卒中等神经系统疾病领域具有重要应用价值,尤其在致痫灶定位上有重要作用。《癫痫外科术前评估中国专家共识(2022版)》指出我国癫痫患病率约为0.7%,癫痫患者群体庞大,约有900万,其中约200-300万为药物难治性癫痫。目前,药物难治性癫痫的治疗手段包括外科手术、生酮饮食、神经调控等,5%-10%的药物难治性癫痫患者可通过外科手术达到癫痫缓解甚至终止发作的疗效。

     

    颅内脑电图(iEEG)是目前高效定位致痫区及评估致痫区与功能区关系的有效手段,但具有侵入性的局限。MEG可精准检测和定位癫痫病灶并且无创,在癫痫外科手术治疗前定位、神经调控靶点确定中具有重要意义。Velmurugan[1]等在Brain杂志发表研究指出MEG在高频振荡源(80-200Hz)与假定的致痫区、切除皮层的符合率分别为75.0%和78.8%,优于其他频段和标准偶极子拟合方法。Cao[2]等在Nature Communications上发表论文指出使用MEG结合新颖的动态网络模型,可重建出临床广泛接受的虚拟颅内电极信号,未来有望减少甚至取代颅内有创电极植入对致痫灶进行评估。

     

    《癫痫外科术前评估中国专家共识(2022版)》指出MEG具有优异的时间和空间分辨率,可通过逆运算并求解出点活动来源的位置、强度和方向,对语言、运动、感觉、视觉和听觉等功能进行定位,可与MRI融合形成磁源性成像,作为复杂致痫区定位检查技术的一项有意义的补充。

     

    2)MEG在精神疾病领域的应用

    MEG也可应用于抑郁症、精神分裂症、自闭症谱系障碍等精神性疾病的辅助诊断。在MEG帮助下,可通过识别患者额叶前区、边缘网格区的信号变化来判断抑郁症的严重程度,Nugent[3]等人已使用MEG来检测重症抑郁症患者在使用氯胺酮前、后静息状态情况,以评估治疗抑郁症的效果。此外,MEG可通过识别精神分裂症患者的神经网络和区域的异常信号,辅助精神分裂症诊断;MEG可揭示异常听觉、视觉及情感发生时的大脑活动,用于自闭症诊断及分类。

     

    02 解密脑功能,脑磁图助力脑科学研究发展

    1)MEG在认知科学研究中的应用

    MEG的时间分辨率为毫秒级,可以追踪快速神经活动,是语言、感知等认知神经科学研究的重要工具。北京大学高家红教授团队[4]基于以往对脑神经活动研究基础,将MEG与独特的语言刺激范式结合来区分脑皮质处理单词、短语和句子的位点与组合,发现颞上回参与了三种语言水平的处理,其它脑区则通过不同组合形式参与每个语言水平编码,其中右侧运动皮层的神经活动只跟随有清晰声学边界的单音节词的节奏,而左侧前颞叶和左侧额下回则选择性地参与短语或句子的加工。该研究借助MEG成功构建了语言结构加工图谱,为人类进一步研究大脑认知功能提供重要工具。

     

    2)MEG在脑机接口领域的应用

    MEG具有优异的信噪比和溯源定位能力。北京大学[5]运用脑磁信号的可解码性,追踪人的视觉加工,仅通过对看到图片前半秒的脑磁数据进行解码,发现不同类型的图片在大脑中的表征呈现出大范围分离的明显趋势,证明了MEG对于构建高性能脑机接口的意义。新一代原子磁强计脑磁图(OPM-MEG)技术的性能接近植入式脑机接口,有望成为未来脑机接口的主要支持技术。

     

    03 脑磁图的市场需求广阔,新一代脑磁图引领新潮

    目前,MEG已在临床和科研领域有了初步探索应用,但临床应用仍以癫痫辅助诊断为主。MEG可广泛应用于脑血管疾病、创伤后脑功能评估、精神疾病和心理障碍等临床领域,对于认知科学也有重要价值。OPM技术出现后,MEG的探测性能提升,安装使用更加灵活,成本也大幅降低,将在更多的医疗、科研等机构推广使用,为更多类型的神经、精神系统疾病患者提供诊断支持,为更深层次的认知学研究、脑机接口等前沿领域提供技术支持,应用前景广阔。

     

    三、打开脑功能黑匣子,原子磁强计脑磁图将成明日之星

     

    01 脑磁技术迭代发展,OPM技术炙手可热

    大脑神经电流的传播会产生磁场,不同脑组织的磁导率几乎相同,脑磁成为探测脑功能的理想信号。但是,脑磁场在颅外的强度仅在10-100fT量级,约为地球磁场的亿分之一,难以探测。1968年,美国物理学家Cohen利用多匝感应线圈在特殊建造的磁屏蔽室里首次探测到人脑α波信号。1972年,约瑟夫森节超导量子干涉仪(SQUID)技术诞生并可高效探测脑磁信号,开启了MEG商业化之路。2002年,普林斯顿大学Romalis团队首次实现原子的无自旋交换弛豫(SERF)态,并于2003年建造了可进行fT级别灵敏度测量的原子磁强计(OPM)系统,常温脑磁探测成为现实。

    图:脑磁技术发展关键事件

    资料来源:文献检索[6-10],沙利文分析

     

    02 超导量子干涉仪SQUID已成功商业化,但普及受限

    超导量子干涉仪SQUID以超导约瑟夫森结效应和磁通量子化为技术基础,是一种可将磁通转化为电压的高灵敏度磁通探测器。在实验室理想条件下,SQUID-MEG的灵敏度可达可达1fT/√Hz,商用SQUID-MEG灵敏度多在2-3fT/√Hz。目前,SQUID-MEG在临床和科研领域已有应用,多被医疗机构用于癫痫诊断。但国内SQUID-MEG依赖进口,数量约20台,均在国内高校、科研机构或三甲医院,渗透率较低。这是由于目前SQUID-MEG产品存在价格昂贵(约3,000万/台),体积庞大,需液氦维持超导状态、使用成本高,屏蔽室造价昂贵且占地面积大,灵活性差等问题。

    图:SQUID-MEG推广挑战

    资料来源:文献检索[6],沙利文分析

     

    03 新一代脑磁图优势显著,将加快MEG普及

    OPM-MEG是一种利用光与原子的相互作用来探测磁场的技术。基于SERF理论,当一束圆偏振泵浦光照射碱金属原子时,碱金属原子发生能级跃迁,产生自旋极化;在外界弱磁场作用下,碱金属原子做拉莫尔进动而产生一个进动偏角,其大小在一定范围内与磁场强度成正比;当另外一束偏振探测光垂直于泵浦光照射进来,碱金属原子的偏振方向会发生微小偏转,通过探测偏振角的变化可以直接反应磁场的大小。理论计算,无自旋交换弛豫原子磁强计装置灵敏度可达0.01fT/√Hz甚至更低;实验室中,已取得0.16fT/√Hz的灵敏度,是人类目前掌握的最灵敏的磁探测物理技术。

    图:SQUID与OPM技术比较

    来源:文献检索[6],沙利文分析

     

    在SERF理论支持下,OPM-MEG技术快速发展。2010年,Johnson等使用基于Rb碱金属原子的SERF磁力计探测大脑磁场,并与基于SQUID商用脑磁系统进行对比,证明了OPM-MEG的有效性。2017年,英国诺丁汉大学Sir Peter Mansfield影像中心首次使用常温原子磁强计成功记录脑磁信号和空间溯源定位。随着对OPM-MEG的研究持续深入,科学家们通过缩小原子蒸气室体积、采用微机电技术、元件装置集成等方式,多维度研发体积更小的探测器,目前OPM-MEG探测器横截面积已缩小至硬币大小。探测器体积的缩小进一步推动多通道集成OPM-MEG研发,目前已开发出过百通道的OPM-MEG产品,但目前全球尚无基于OPM技术的临床用脑磁图上市。国内已有心磁图临床用产品获批上市,这是由于心脏磁场强度为1,000-10,000fT量级,探测难度小于脑磁场。

    图:OPM-MEG优势分析

    来源:公开信息,沙利文分析

     

    OPM-MEG研究持续升温,国外的普林斯顿大学、诺丁汉大学等,国内的北京大学、中国科学院、北京航空航天大学等高校和科研机构纷纷投身该领域。OPM-MEG不仅探测器具有高技术壁垒,磁屏蔽装置、磁反演等相关技术也是开发OPM-MEG产品过程中必须克服的挑战。同时,由于产品研发不同于实验室研究,产业化瓶颈高,兼具探测器、磁屏蔽装置、磁反演技术的研究团队在产品商业化进程中更具优势。

     

    四、脑磁技术在国家政策推动下,未来产品升级、渗透率进一步提升

     

    01 国家将脑磁技术列入重点发展领域,鼓励建立影像中心

    MEG作为脑功能研究的重要工具,获得了国家的高度重视。由工信部牵头,国家十部门联合发布的《“十四五”医疗装备产业发展规划》将脑磁测量列入重点发展领域,并将高精度磁场传感器作为产业基础攻关行动的攻关核心元器件;《“十四五”医药工业发展规划》提出要大力推动创新产品研发,在医疗器械领域重点发展新型医学影像、可穿戴监测等领域的医疗器械;国务院办公厅印发了《“十四五”国民健康规划》引导促进医学影像中心独立设置机构规范发展。在政策利好的环境下,脑磁技术将获得高速发展,临床用脑磁图的研发及市场准入加快,并在医学影像中心规范发展推动下拓展应用场景,提高市场渗透率。

     

    02 脑磁图升级换代,未来新型脑磁图性能更优

    公开信息显示,全球约有150~200台MEG。我国在2000年后陆续引进多台MEG,但国内的MEG存在使用时间过长、产品老旧的情况,如广东三九脑科医院的MEG使用已超20年,南京脑科医院的MEG设备使用时间也已近20年,而一般建议大型医疗设备服役10年后应换新。目前,国内在役的MEG主要为SQUID-MEG,但近年我国已有自主研发的OPM-MEG科研机上市。未来,随着OPM-MEG技术进一步成熟,MEG将向着小型化、个体化、穿戴化、场地灵活化发展,安装及维护成本将持续降低;OPM-MEG将实现更高的灵敏度,提供更高质量的数据。新一代脑磁图凭借其优势,将开辟脑磁测量新时代。

     

    五、国内外企业争相布局脑磁图,新一代医用脑磁图指日可待

     

    01 SQUID-MEG竞争格局

    SQUID-MEG技术成熟,已有306通道产品问世,可实现全脑覆盖。布局SQUID-MEG的国外公司主要包括MEGIN、Compumedics、CTF MEG等,其产品各有特点。

    图:主要SQUID-MEG产品分析

    资料来源:公司官网,沙利文分析

     

    MEGIN:MEGIN在脑磁探测技术领域拥有丰富的经验。公司瞄准癫痫市场,其产品TRIUX™ neo可无创定位大脑内癫痫活动区域,与其他脑成像技术配合可用于神经外科。公司产品Elekta Neuromag TRIUX是国内唯一获NMPA注册证的脑磁产品(注册证编号:国械注进20162210041)。MEGIN曾被Elekta收购,又于2018年被拆分出售给Croton Healthcare。

    TRIUX™ neo

     

    Compumedics:Compumedics成立于1985年,是全球领先的电磁源定位、多模态神经成像、高密度EEG及fMRI技术提供商。公司SQUID-MEG产品Orion LifeSpan™ MEG的核心专利技术为双弛豫振荡超导量子干涉探测器(DROS SQUID),信噪比优于传统SQUID探测器,已获FDA、KFDA批准用于临床。

    Orion LifeSpan™ MEG

     

    CTF MEG:CTF MEG公司于1970年成立,2009年CTF MEG收购4D Neuroimaging公司,2014年研发出275通道的SQUID-MEG产品cMEG,并于2019年推出临床友好型cMEG。cMEG运行稳定,探测器密度高,电子元件高带宽、高转换速率、高采样率,数据储存速度快。

    cMEG

     

    02 OPM-MEG竞争格局

    根据公开信息,多家国内外公司已布局OPM-MEG赛道,包括Cerca、FieldLine、昆迈医疗、磁波智能、中科知影等。同时,美国QuSpin公司作为OPM探测器研发企业,其新一代OPM技术探测器产品QZFM Gen-3性能优越,灵敏度7-10fT/√Hz,大小约2cm²,被Cerca、磁波智能等OPM-MEG研发公司所使用。OPM作为一种尖端磁场探测技术,可用于军事、航空等敏感领域,过度依赖国外研发的探测器存在被制裁的隐患。目前,我国已有企业采用自研OPM探测器进行MEG研发,全设备自研模式自主可控,可有效规避风险。

     

    Cerca:Cerca由诺丁汉大学孵化,为诺奖实验室Peter Mansfield影像中心的转化公司。Cerca使用QuSpin公司的探测器开发了全球首个基于OPM技术的商业化、全集成、头戴式MEG科研用机。该设备可测量头皮周围50个位置的磁场,实现大脑全覆盖,并可在受试者移动时探测,可供成人和儿童佩戴使用,但该设备仍需在1.3m*1.3m的磁屏蔽室使用。

    Cerca OPM-MEG

     

    FieldLine:FieldLine上市产品HEDscan™系统是一种基于OPM探测器技术、非侵入式、可穿戴的MEG设备。该设备借助放置在头部的自研小型量子探测器(灵敏度15fT/√Hz,横截面约2cm²),可高保真记录和映射神经活动;仅需借助磁屏蔽筒即可在任何医疗机构的任何房间使用;头盔轻质、穿戴性强,适合所有年龄段和头部尺寸的人群。

    HEDscan™

     

    昆迈医疗:昆迈医疗是一家以量子操控与探测技术为核心,致力于开发生物功能磁成像设备的医疗科技企业。公司参与了多项国家重大科技基础设施与项目共建,并已完成国内首例科研装机,获得“国产高端设备科研示范应用”称号。自主研发的核心产品OPM-MEG突破了高灵敏度磁传感(12-15fT/√Hz)、开放式磁屏蔽、高精度磁反演等一系列技术,探测器横截面积约3cm²。昆迈医疗为国内首家也是目前唯一一家通过创新医疗器械审查的OPM-MEG研发企业,临床用机处于医疗器械注册审批中,有望成为全球首款上市的临床用OPM-MEG。

    昆迈医疗OPM-MEG*

    *:右图为昆迈医疗参与共建的北京怀柔多模态跨尺度生物医学成像设施

     

    磁波智能:磁波智能是一家专注研发磁波诊疗技术的科技公司,团队成员在量子传感、人体弱信号检测等方面有着丰富经验。公司使用自研超灵敏磁传感器MagneticWave或QuSpin探测器产品,搭配高性能磁屏蔽筒,可提供科研定制服务。同时,公司代销QuSpin、FieldLine、Twinleaf的磁传感器。

    磁波智能自研磁屏蔽设备

     

    中科知影:中科知影成立于2019年,由中国科学院生物物理研究所孵化。中科知影致力于进行新型脑磁图等生物弱磁检测设备的研发、生产和服务。公司在脑磁图及零场弱磁检测技术领域获批多项国内外发明专利,并设立了北美技术研发中心。

    中科知影OPM-MEG

     

    03 国内脑磁图采购情况

    过去,我国MEG高度依赖进口,根据中国政府采购网和中国国际招标网数据,2014年以来我国高校、科研机构及医疗机构共采购了18台MEG,12台为SQUID-MEG,6台为OPM-MEG,其中3台来自于昆迈医疗,而OPM-MEG采购价格远低于SQUID-MEG。不难发现,目前我国脑磁图市场主要被SQUID-MEG占据,而我国OPM-MEG商业化进程加速,据目前公开信息,昆迈医疗、磁波智能等已有科研机产品,昆迈医疗临床用机正在注册中,预计不久将会有OPM-MEG产品获批上市。

    图:国内脑磁图采购情况分析(2014-2023)

    资料来源:政府官网,沙利

     

    未来,随着OPM-MEG科研用机商业化进一步加深及临床用机上市,OPM-MEG将为更多的医疗机构及脑科学研究机构使用,为神经、精神疾病患者带来诊断更佳和价格更优的选择,加速人类对于大脑的认知。OPM-MEG将凭借其技术和应用优势,在脑成像市场中占据重要地位。

     

    参考文献

     

    [1] Velmurugan J, Nagarajan S S, Mariyappa N, et al. Magnetoencephalography imaging of high frequency oscillations strengthens presurgical localization and outcome prediction[J]. Brain, 2019, 142(11): 3514-3529.

     

    [2] Cao M, Galvis D, Vogrin S J, et al. Virtual intracranial EEG signals reconstructed from MEG with potential for epilepsy surgery[J]. Nature Communications, 2022, 13(1): 994.

     

    [3] Nugent A C, Robinson S E, Coppola R, et al. Preliminary differences in resting state MEG functional connectivity pre-and post-ketamine in major depressive disorder[J]. Psychiatry Research: Neuroimaging, 2016, 254: 56-66.

     

    [4] Sheng J, Zheng L, Lyu B, et al. The cortical maps of hierarchical linguistic structures during speech perception[J]. Cerebral cortex, 2019, 29(8): 3232-3240.

     

    [5]https://www.bilibili.com/video/BV13q4y1B7M2/?buvid=ZF4A22F46CF56F9F43E5B6F7F0AFE9038D14&is_story_h5=false&mid=JBhKqjab2Ff2JLB1lqHNsH8FTQ%2FSZMtL1rElX6M3iMo%3D&p=1&plat_id=114&share_from=ugc&share_medium=iphone&share_plat=ios&share_session_id=EADC4DC5-A883-4484-A3BD-7D4AC521186C&share_source=WEIXIN&share_tag=s_i×tamp=1689911868&unique_k=m0bhs4d&up_id=650922239

     

    [6]盛经纬,高家红.脑磁图仪的前世今生与未来[J].物理, 2021, 50(7):7.

     

    [7] 王宇,赵惟玉,康翔宇,等.SERF原子磁强计最新进展及应用综述[J].光学仪器, 2021, 43(6):77.

     

    [8] Xia H, Ben-Amar Baranga A, Hoffman D, et al. Magnetoencephalography with an atomic magnetometer[J]. Applied Physics Letters, 2006, 89(21).

     

    [9] Johnson C, Schwindt P D D, Weisend M. Magnetoencephalography with a two-color pump-probe, fiber-coupled atomic magnetometer[J]. Applied Physics Letters, 2010, 97(24).

     

    [10] Brookes M J, Leggett J, Rea M, et al. Magnetoencephalography with optically pumped magnetometers (OPM-MEG): the next generation of functional neuroimaging[J]. Trends in Neurosciences, 2022.

     

    注:文中MEG产品图片来源于公司官网、公开信息

     

    关于沙利文生命科学事业部

     

    沙利文生命科学事业部在生命科学领域拥有专业的分析能力和丰富的项目经验。依托沙利文全球智库资源和大中华区跨行业业务发展平台,沙利文生命科学事业部在生命科学产业投融资服务有着独特核心优势。沙利文生命科学事业部在中国拥有广泛的企业客户,并在过去20年里建立了庞大的客户网络,积累大量生命科学各细分领域的项目经验。

     

    项目类型包括知识中心项目(深度内容、宣传活动),Pre-IPO项目(DCF估值、商业计划书服务),IPO上市项目(行业顾问、临床稽查、募投撰写),市场调研,市值管理及战略咨询等,并与国内外知名的资讯平台及投融资机构合作,为企业提供医药及医疗器械等专业细分领域行业一站式解决方案,受到投资者的广泛关注。

     

    撰写团队

     

    徐潮

    沙利文大中华区生命科学事业部项目经理


    贺焜

    沙利文大中华区生命科学事业部咨询分析师

     

    解密大脑活动,脑磁图引领脑科学研究新热点,行业报告
    提示信息

    头豹的程序员小GG强烈建议您使用谷歌浏览器(chrome)以获得最佳用户体验。